JPH11332263A

JPH11332263A - 超音波モータのロータ

Info

Publication number: JPH11332263A
Application number: JP10138007A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fujii; 藤居弘昭
Original assignee: Takata Corp
Current assignee: Takata Corp
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】ロータの部品点数を削減して、超音波モータの
部品管理を簡単にしかつ超音波モータの組立性を向上
し、更に超音波モータをよりコンパクトにかつ安価に製
造する。【解決手段】ロータ１は、円環状のステータ当接部２
と、この円環状のステータ当接部２の内側に一体に設け
られたばね特性を有する加圧ばね部３とから円環状に形
成されている。加圧ばね部３は、ステータ当接部２の上
端から下方へきわめて緩やかに傾斜する截頭円錐台形の
外周側部分３ａと、この外周側部分３ａに連続し、上方
へきわめて緩やかに傾斜して形成された截頭円錐台形の
内周側部分３ｂとから構成されている。そして、加圧ば
ね部３による加圧力がステータ当接部２に常時加えられ
るようにして、加圧ばね部３の内周側部分３ｂが加圧ば
ね支持部材４に支持され、ロータ１が常時ステータ５の
方へ付勢されるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摺動材を備え、ス
テータに発生する進行波により、このステータと摺動材
との間の摩擦を介して移動される進行波型超音波モータ
のロータの技術分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術分野】従来から、超音波モータが種々開発
されており、この超音波モータの１つである進行波型超
音波モータは、次のような原理によって動作するように
なっている。すなわち、図２に示すようにステータＳで
ある弾性体ａの表面に、縦波と横波とが合成された進行
波が形成され、この進行波は弾性体ａの長手方向Ｗに音
速で伝播していて、実線で示す波１の状態から所定時間
後に二点鎖線で示す波２の状態になる。いま、波１の状
態の表面上の位置αにある質点に着目すると、この質点
は、進行波が波２の状態になったとき、この波２の状態
の表面上の位置βに移動する。この質点の運動は、質点
が波の進行方向と逆向きの反時計回転方向に、横振幅ｗ
および縦振幅ｕで、反時計回転方向の楕円運動となる。
換言すれば、弾性体ａの表面は、振動速度Ｖ（＝２πｆ
ｕ；ｆは振動の周波数）の楕円振動を行うようになる。
そして、このような楕円振動を行っている弾性体ａの表
面に、ロータＲを加圧接触させると、ロータＲは弾性体
の楕円振動による頂点に接触して、ロータＲとステータ
Ｓとの間の摩擦により振動速度Ｖで進行波と逆方向に移
動するようになる。

【０００３】このような進行波型超音波モータのステー
タＳである弾性体ａに進行波を形成するには、屈曲弾性
波が用いられる。この屈曲弾性波を発生させる方法につ
いて説明する。図３（ａ）に示すように、ステータＳ
が、隣り合う区分の分極方向が交互に厚み方向に逆方向
となるように分極処理された圧電体（圧電セラミック
ス）ｂを弾性体ａに貼り付けることにより構成される。
図３（ａ）において、圧電体ｂの矢印は分極方向を表し
ている。

【０００４】圧電セラミックスｂに高周波電圧を印加し
た場合、その印加周波数がステータａの固有振動数に等
しければ、ステータＳは共振し、図４に示すように円周
方向に屈曲振動を起こす。このステータＳの振動波は、
円周方向に例えば図４のように９波長に分割してあれば
９個の波の山ｍ₁〜ｍ₉が形成されるようになり、この波
はいわゆる定在波と称されるものである。

【０００５】一方、図３および図５に示すように、圧電
セラミックスｂの区分Ａと区分Ｂとの相互位置の位相を
印加高周波電圧の３／４波長（λ）ずらせ、かつ区分Ａ
と区分Ｂとに相互に時間的位相が９０゜異なる高周波電
圧Ф₀およびФ₉₀を印加すると、前述のようにそれぞれ
の高周波電圧Ф₀,Ф₉₀により定在波が発生するが、これ
らの定在波が相互に干渉を起こして合成されることによ
り、初めて進行波が形成されるようになる。

【０００６】そして、ステータＳを円環状に形成すると
ともに、ロータＲを同径の円環状に形成すると、ステー
タＳの楕円振動に基づく進行波により、ステータＳとロ
ータＲとの間の摩擦でロータＲが回転運動を行うように
なる。このようにして、これらの円環状のステータＳと
円環状のロータＲとにより、超音波モータが構成されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の超音波モータにおけるロータＲは、図６（ａ）お
よび（ｂ）に示すようにステータＳに当接してこのステ
ータＳとの摩擦により回転力が伝達される円環状のステ
ータ当接部Ｒ₁と、この円環状のステータ当接部Ｒ₁の内
側に一体に設けられた剛体の環状平板部Ｒ₂とから構成
されている。

【０００８】そして、ステータＳとロータＲとの間の摩
擦を得るために、ロータＲはステータＳの方へ常時加圧
されるようになっているが、このために、従来の超音波
モータではロータＲをその環状平板部Ｒ₂でステータＳ
方向へ加圧する皿状の加圧ばねｃが設けられている。そ
の場合、加圧ばねｃとロータＲとの滑りを防止するため
に、これらの間に滑り止め用のゴムシートｄが介設され
ている。

【０００９】しかしながら、加圧ばねｃおよびゴムシー
トｄが設けられると、その分、部品点数が多くなるた
め、部品管理が煩雑となるばかりでなく、それらの組付
に手間がかかるという問題がある。したがって、超音波
モータの製造コストが高いものとなっている。しかも、
これらの部品を積み重ねて組み付けるようになるので、
超音波モータのサイズが大きくなってしまうという問題
もある。特に、この種の進行波型超音波モータは、ステ
ータＳ、ロータＲ、加圧ばねｃ、ゴムシートｄ、加圧ば
ね支持部材ｅおよび出力軸（不図示）の多数の部品から
構成されているので、このような問題は顕著に顕在化し
ている。

【００１０】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、ロータの部品点数をできる
だけ削減して、超音波モータの部品管理を簡単にすると
ともに超音波モータの組立性を向上し、超音波モータを
よりコンパクトにかつ安価に製造できるようにする超音
波モータのロータを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項１の発明の超音波モータのロータは、円環
状のステータと、このステータに発生する進行波によ
り、前記ステータとの間の摩擦を介して移動される円環
状のロータとを備えた超音波モータにおいて、前記ステ
ータに当接する円環状のステータ当接部と、この円環状
のステータ当接部に一体に形成され、前記ロータを前記
ステータの方へ加圧する加圧力を発生する加圧ばね部と
からなることを特徴としている。

【００１２】また、請求項２の発明は、前記加圧ばね部
が互いに連続する２つの截頭円錐台から形成されている
ことを特徴としている。更に、請求項３の発明は、前記
加圧ばね部における２つの截頭円錐台形部分のうち、一
方の截頭円錐台形部分が前記円環状のステータ当接部か
ら前記加圧ばね部が支持されるばね支持部より遠ざかる
方向に傾斜する外周側部分を構成し、他方の截頭円錐台
形部分が前記外周側部分から前記加圧ばね部が支持され
るばね支持部に近づく方向に傾斜する内周側部分を構成
していることを特徴としている。

【００１３】

【作用】このように構成された本発明に係る超音波モー
タのロータにおいては、ロータの加圧ばね部がロータを
ステータ方向に加圧するようになる。すなわち、ロータ
自体が加圧ばねの機能を有するので、従来のようなロー
タとは別体の加圧ばねが不要となる。しかも、このよう
に別体の加圧ばねが不要となることから、従来用いられ
ている、ロータと加圧ばねとの間の滑り防止用のゴムシ
ートも不要となる。その結果、部品点数が削減される。
これにより、部品管理が簡単になると共に、部品の組付
の手間もその分省略可能となり、組付性が向上する。し
たがって、超音波モータの製造コストが低減する。

【００１４】また、部品点数が低減することから、超音
波モータのサイズがコンパクトになる。特に、請求項３
の発明のロータによれば、外周側部分がステータ当接部
から加圧ばね部が支持されるばね支持部より遠ざかる方
向に一旦傾斜し、これに連続して内周側部分がばね支持
部に近づく方向に傾斜するようになる。したがって、加
圧ばね部の大部分が円環状のステータ当接部内に位置す
るようになるので、ロータがその厚み方向に対してコン
パクトになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明に係る超音波モー
タのロータの実施の形態の一例を図６と同様にして示
し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるIB−IB線
に沿う断面図である。

【００１６】図１（ａ）および（ｂ）に示すように、こ
の例のロータ１は、円環状のステータ当接部２と、この
円環状のステータ当接部２の内側に一体に設けられたば
ね特性を有する加圧ばね部３とから円環状に形成されて
いる。加圧ばね部３は、同図（ｂ）において円環状のス
テータ当接部２の上端から下方へすなわち加圧ばね支持
部材４より遠ざかる方向にきわめて緩やかに傾斜して形
成された截頭円錐台形の外周側部分３ａと、この外周側
部分３ａに連続して一体に形成され、外周側部分３ａの
傾斜方向とは逆に上方へすなわち加圧ばね支持部材４に
近づく方向にきわめて緩やかに傾斜して形成された截頭
円錐台形の内周側部分３ｂとから構成されており、これ
らの形状により、加圧ばね部３による加圧力がより効果
的にステータ当接部２に加えられるようになっている。
なお、截頭円錐台形の内周側部分３ｂの中心には、図示
しないモータの出力軸が貫通する孔が設けられている。

【００１７】そして、従来と同様に、加圧ばね部３によ
る加圧力がステータ当接部２に常時加えられるようにし
て、加圧ばね部３の内周側部分３ｂを加圧ばね支持部材
４に支持させる。

【００１８】このように構成されたこの例のロータ１に
おいては、ロータ１の加圧ばね部３が、前述の従来の加
圧ばねｃと同じ作用を行い、ロータ１を常時ステータ５
の方へ付勢するようになる。

【００１９】このロータ１によれば、ロータ１自体が加
圧ばねの機能を有しているので、従来のようなロータと
は別体の加圧ばねｃが不要となる。しかも、このように
別体の加圧ばねｃが不要となることから、ロータＲと加
圧ばねｃとの間の滑り防止用のゴムシートｄも不要とな
り、部品点数を効果的に削減することができる。したが
って、部品管理が簡単になると共に、部品の組付の手間
もその分省くことができ、組付性が向上する。したがっ
て、超音波モータの製造コストが削減することができ
る。

【００２０】また、部品点数が削減できることから、超
音波モータのサイズをコンパクトにできる。特に、この
例のロータ１によれば、加圧ばね部３がステータ当接部
２の上端から下方へ傾斜するようにされていることか
ら、加圧ばね部３の大部分が円環状のステータ当接部２
内に位置するようになるので、ロータ１をその厚み方向
に対してより効果的にコンパクトに形成することができ
る。

【００２１】なお、前述の例では、加圧ばね部３を図１
（ｂ）においてステータ当接部２の上端から連続して形
成するようにしているが、加圧ばね部３をステータ当接
部２の上下方向の途中から形成することもできる。ま
た、加圧ばね部３は２つの截頭円錐台を組み合わせて形
成しているが、ロータ１をステータ２の方へ加圧する加
圧ばね特性を有するものであれば、どのような形状に形
成することもできる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の超音波モータのロータによれば、ロータ自体に加圧ば
ねの機能を有するようにしているので、従来のようなロ
ータとは別体の加圧ばねを不要にできる。しかも、これ
により、従来用いられている、ロータと加圧ばねとの間
の滑り防止用のゴムシートも不要にできる。したがっ
て、部品点数を削減できるので、部品管理が簡単になる
と共に、部品の組付の手間もその分省くことができ、組
付性を向上できる。また、これにより、超音波モータの
製造コストを削減できる。

【００２３】更に、部品点数を削減できることから、超
音波モータのサイズをその分コンパクトに形成すること
ができる。特に、請求項３の発明のロータによれば、外
周側部分をステータ当接部から加圧ばね部が支持される
ばね支持部より遠ざかる方向に一旦傾斜させ、これに連
続して内周側部分をばね支持部に近づく方向に傾斜させ
ているので、加圧ばね部の大部分を円環状のステータ当
接部内に位置させることができるようにになる。これに
より、ロータをその厚み方向に対してよりコンパクトに
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モータのロータの実施の
形態の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に
おけるIB−IB線に沿う断面図である。

【図２】進行波型超音波モータの原理を説明する図で
ある。

【図３】一般的な超音波モータのステータを示し、
（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。

【図４】ステータの励振状態を示す斜視図である。

【図５】ステータの励振方法を説明する図である。

【図６】従来の超音波モータのロータを示し、（ａ）
は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるVIB−VIB線に沿う断
面図である。

【符号の説明】

１…ロータ、２…ステータ当接部、３…加圧ばね部、３
ａ…外周側部分、３ｂ…内周側部分、４…加圧ばね支持
部材、５…ステータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円環状のステータと、このステータに発
生する進行波により、前記ステータとの間の摩擦を介し
て移動される円環状のロータとを備えた超音波モータに
おいて、前記ステータに当接する円環状のステータ当接部と、こ
の円環状のステータ当接部に一体に形成され、前記ロー
タを前記ステータの方へ加圧する加圧力を発生する加圧
ばね部とからなることを特徴とする超音波モータのロー
タ。
【請求項２】前記加圧ばね部は互いに連続する２つの
截頭円錐台形部分から形成されていることを特徴とする
請求項１記載の超音波モータのロータ。
【請求項３】前記加圧ばね部における２つの截頭円錐
台形部分のうち、一方の截頭円錐台形部分は前記円環状
のステータ当接部から前記加圧ばね部が支持されるばね
支持部より遠ざかる方向に傾斜する外周側部分を構成
し、他方の截頭円錐台形部分は前記外周側部分から前記
加圧ばね部が支持されるばね支持部に近づく方向に傾斜
する内周側部分を構成していることを特徴とする請求項
２記載の超音波モータのロータ。